[实用新型]一种基于激光测距技术的桥梁挠度实时监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及桥梁变形监测技术领域，特别的，涉及一种基于激光测距技术的桥梁挠度实时监测装置。

背景技术

桥梁挠度是桥梁结构健康状态的综合反映，是判定桥梁竖向刚度、结构承载力和结构整体性能最为重要的技术指标。

为了便于施工，降低造价，中小跨径桥梁大部分采用T梁或空心板梁，整幅桥梁在横向由多片梁组成。以往的桥梁挠度监测，受限于精度、频率、成本等因素的制约，仅在特大跨径桥梁中实施，对于常规的中小跨径桥梁基本处于空白状态。传统的桥梁挠度测量主要依靠百分表、千分表、水准仪、全站仪等接触式仪器。其中，百分表、千分表等机械式位移计，精度高，结果直观，梁体较低时，可在挠度测试位置搭设脚手架，梁体稍高时，则一般采用悬挂钢丝的方式，对于跨江河、峡谷以及桥下不可中断交通的跨线桥情况则无法实施；水准仪、全站仪等光学仪器方便野外作业、操作简便，但易受视距、天气、人为等因素影响，对于跨径较大的桥梁，需要多次转点，不仅效率低下，也产生了误差的累积。同时，这些传统的挠度测试方法均无法实现在线实施监测。随着对桥梁检/监测技术要求的提高，传统的挠度测试方法已不能满足要求。

随着“平安交通”、“智慧交通”等理念的逐步深入，在桥梁监测方面，非接触式、全天候挠度实时监测技术近年来得到了迅速发展，主要有以下几种类型：

(1)测量机器人法

测量机器人监测法可看作是水准高程法的自动化改进，由马达驱动全站仪，按照设定的程序依次扫描桥梁测点，得到桥梁的变形情况。但该法成本较高，受环境影响大。

(2)连通管法

连通管法依据的原理是当桥梁受载发生变形，产生挠度变化后，各个测点处连通分管内的液位和管壁或者液位传感器的相对位置发生变化，测出各点变化前后的液位值即可获得该点的挠度变形量。连通管法主要存在以下几方面问题：(a)连通管中存在气泡或气柱会使液位与实际不符；(b)液体中含有杂质可能阻塞或堵塞连通管道；(c)连通管中的液体在环境温度降到其凝固点后会发生冻结现象；(d)对于长期在线监测，连通管中液体挥发过多会导致挠度传感器接触不到液体，测得的数据降为零，与实际不符；(e)液体的响应时间相对过长，对于高频的挠度测量无法达到要求。

(3)倾角仪法

使用倾角法测量桥梁的挠度，并不同于传统的方法直接测得桥梁某一点的挠度值，而是首先使用倾角仪测得桥梁变形时几个截面的倾角，根据倾角拟合出倾角曲线，进而得到挠度曲线，这样就可以求得桥梁上任意一点的挠度值。利用倾角仪测量桥梁挠度不需要静止的参考点。该法的缺点主要为过于依赖倾角值到挠度值转换时所取的数学模型，监测精度误差5％左右。

(4)GPS/北斗变形观测法

GPS以其全天候、高效率、实时动态、测站间无需通视、集平面与高程测量于一体等诸多特点，成为当今极为重要的监测手段之一，在大跨径桥梁挠度监测方面已有大量的应用。北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，在我国及亚太地区对卫星进行了加密，多项指标优于GPS。GPS/北斗变形观测系统的解算方式包括静态解算和实时动态解算，静态解算的精度显著高于动态解算。北斗解算软件在基准站与监测站距离1km以内，达到了水平位移监测精度2mm，垂直位移监测精度4mm，为边坡等监测提供了充分的保障，但对于桥梁等需要实时动态解算的精度在水平5mm、垂直10mm左右，只能适用于大跨径的斜拉桥和悬索桥的挠度监测，而对于占比更大的常规桥梁则仍然无法满足精度要求。

(5)光电成像法/激光投射式位移传感法

光电成像法系统由光靶、投影标靶、视频采集设备、数据传输系统和计算机等组成。在此基础上，利用激光良好的方向性，用激光器代替光靶，开发了激光投射式位移传感法。桥梁现场尘埃、水汽、小飞虫等物体的干扰，导致光斑不规则，数据容易失真，同时由于需要视屏采集设备、图像采集卡等，该方法造价较高。

(6)激光测距法

CN201520112935.9公开了一种非接触式自动测量桥梁挠度装置，将反光标靶固定于待测挠度桥梁的梁下，反射标靶反射面与水平面呈锐角，激光测距仪固定于待测挠度桥梁的桥墩处。

CN201510701029.7公开了一种非接触式多点高频动态桥梁挠度检测方法，在梁下安装n个激光测距仪，在桥墩处安装反射标靶，将实测的多个挠度值进行拟合可得出挠曲线，目前高精度的激光测距仪成本太高，且对于中小跨径桥梁一般仅需测量跨中挠度，得出挠曲线的意义不大。